La collaborazione dell’esperimento Alpha al Cern, cui partecipa anche l’Infn Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, è riuscita a realizzare la misura più precisa di sempre di una proprietà fondamentale dell’antidrogeno, la cosiddetta struttura iperfine, migliorandone l’accuratezza di circa cento volte. Il risultato, che segna un nuovo importante passo verso la comprensione dell’antimateria, è riportato in un articolo pubblicato oggi, 27 maggio 2026, su Nature.
Apparato sperimentale durante l’assemblaggio. Crediti: Cern.
Secondo le più accreditate teorie cosmologiche, materia e antimateria sono state prodotte in quantità esattamente uguali subito dopo il Big Bang. Tuttavia, l’universo che conosciamo oggi è costituito quasi esclusivamente di materia: una delle grandi questioni aperte della fisica fondamentale è quindi comprendere che cosa abbia portato a questo squilibrio.
«Gli studi sull’antimateria rappresentano uno degli strumenti più promettenti per affrontare questo enigma cosmologico», spiega Simone Stracka, ricercatore Infn della Sezione di Pisa. «Se osservassimo anche una piccolissima differenza tra materia e antimateria, potremmo ottenere indizi fondamentali sui meccanismi che hanno portato alla predominanza della materia nell’universo».
In questo contesto, la misura dei livelli energetici dell’antidrogeno, e il loro confronto con quelli dell’idrogeno, è di importanza fondamentale: consente infatti di verificare la validità di queste simmetrie e di esplorare eventuali deviazioni che potrebbero aprire la strada a una nuova fisica. E uno degli osservabili più sensibili è, appunto, la struttura iperfine dello stato fondamentale, legata all’interazione tra gli spin delle particelle che compongono l’atomo. Questo parametro è noto con precisione straordinaria per l’idrogeno e ha avuto un ruolo storico nello sviluppo dell’elettrodinamica quantistica.
«Il nuovo risultato ottenuto dalla collaborazione Alpha rappresenta un significativo progresso», sottolinea Adriano Del Vincio, dottorando del Dottorato di Interesse Nazionale in Space Science and Technology e associato Infn della Sezione di Pavia. «La misura dell’intervallo iperfine dell’antidrogeno è stata effettuata con una incertezza di 4 parti per milione (ppm), migliorando di circa due ordini di grandezza rispetto alle precedenti determinazioni. Al momento, con la precisione raggiunta, il risultato è compatibile con quello dell’idrogeno».
Le misure sono state realizzate utilizzando l’apparato sperimentale Alpha, in grado di produrre, intrappolare e studiare atomi di antidrogeno. Nel corso dell’esperimento sono stati analizzati circa 24.000 antiatomi, prodotti combinando antiprotoni e positroni e mantenuti in una trappola magnetica a temperature estremamente basse. La tecnica impiegata, basata su spettroscopia a microonde, ha consentito di determinare con precisione le transizioni tra i livelli energetici dell’antidrogeno, da cui si ricava direttamente l’intervallo iperfine.
«Questo risultato rappresenta un passo fondamentale nello studio dell’antimateria. Grazie al significativo miglioramento nella precisione della misura, possiamo confrontare con sempre maggiore sensibilità le proprietà di materia e antimateria, mettendo alla prova i principi più profondi della fisica. È un traguardo importante, reso possibile dal lavoro collettivo della collaborazione Alpha e dallo sviluppo di tecniche sperimentali sempre più avanzate», commenta Germano Bonomi, ricercatore della Sezione Infn di Pavia e professore all’Università di Brescia.
Questo lavoro apre la strada a nuovi studi di precisione sull’antimateria, con possibili sviluppi nella comprensione delle differenze tra materia e antimateria e nella verifica dell’elettrodinamica quantistica.
Per saperne di più:
- Leggi su Nature l’articolo “Four ppm measurement of the antihydrogen ground-state hyperfine splitting” di Akbari, L. O. de Araujo Azevedo, C. J. Baker, W. Bertsche, N. M. Bhatt, G. Bonomi, A. Capra, I. Carli, C. L. Cesar, M. Charlton, A. Cridland Mathad, A. Del Vincio, D. Duque Quiceno, S. Eriksson, A. Evans, J. Fajans, T. Friesen, M. C. Fujiwara, L. M. Golino, M. B. Gomes Gonçalves, J. S. Hangst, M. E. Hayden, P. Heidari, D. Hodgkinson, C. A. Isaac, S. A. Jones, S. Jonsell, N. Madsen, V. R. Marshall, J. T. K. McKenna, T. Momose, J. Nauta, A. N. Oliveira, A. Powell, C. Ø. Rasmussen, T. Robertson-Brown, F. Robicheaux, R. L. Sacramento, E. Sarid, J. Schoonwater, D. M. Silveira, J. Singh, G. Smith, C. So, S. Stracka, J. Suh, A. G. Swadling, T. D. Tharp, K. A. Thompson, R. I. Thompson, E. Thorpe-Woods, A. J. Uribe Jimenez, M. Urioni, D. P. van de Werf, S. G. Wilson, P. Woosaree, J. S. Wurtele & The ALPHA Collaboration